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浅谈SMA沥青路面施工的现场控制
发布时间：2011-09-07 作者：佚名 来源：本站整理 分享到：
摘 要 本文介绍了SMA沥青路面的特性以及永咸高速公路SMA路面施工质量控制措施，对于大面积推广应用SMA沥青路面技术具有较强的指导和借鉴作用。
关键词 SMA沥青路面 现场技术控制
概述
SMA（Stone Matrix Asphalt，简称SMA）沥青混合料是由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青马蹄脂，填充间断级配的粗集料骨架间隙而形成的眼挤型密实结构混合料。使用情况表明，SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。
1 SMA改性沥青及SMA路面的特性
SMA改性沥青及SMA路面是一种新型的路面结构，具有如下特性：(1)造价较高，抗车辙能力强，对路基与路面的施工质量要求较高；(2)改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能；(3)SMA沥青混合料具有粗集料多，矿粉多，改性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求高的特点；(4)只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产生推拥，耐高温、抗低温、稳定性好、不开裂（木质纤维素起到了加筋作用）；(5)混合料冷却后非常坚硬，强度高，不透水、防水性能好；(6)路面噪音小、使用寿命长。目前SMA已被高速公路广泛采用。
SMA路面的最大特点是沥青用量多达5.9%，普通沥青碎石路面沥青用量仅为3.1%，其次是粗集料多细集料少，矿粉多达10%，而普通沥青路面仅用5%。
2 SMA改性沥青配合比分析
2.1 矿料配合比例
根据永咸路中心实验室路面组和长安大学新型路面研究所共同完成的永咸高速公路SMA-16目标配合比设计报告，依照有关的技术规范、试验规程以及永寿至咸阳高速公路SMA路面施工细则的规定，永咸高速公路目标配合比如下：
2.1.1 矿料配合比例（见表1）
表1 矿料配合比例
|
集料规格（mm）
|
19-9.5
|
9.5-4.75
|
4.75-2.36
|
机制砂
|
石粉
|
|
配合比例（%）
|
50
|
25
|
5
|
9
|
11
|
2.1.2 油石比：6.15%，沥青用量（或含量）：5.8% 。
2.1.3木质素纤维掺量：0.3%（占混合料百分数）。
2.1.4 抗剥落剂掺量：0.3%（占沥青百分数）。
上述目标配合比设计方案中，SBS改性道路石油沥青，技术性质试验结果见附表1。基质沥青为SKA-90级道路石油沥青，技术性质试验结果见附表2。木质素纤维采用北京垦特莱公司生产的絮状木质素纤维产品，其技术性质及试验结果见附表3。抗剥落剂采用了西安公路研究所西安华泽道路材料有限公司生产的PA-1型沥青抗剥落剂。碎石使用临潼韩峪石料厂生产的碎石，规格分别为：A料（19-9.5mm）、B料（9.5-4.75mm）、C料（4.75-2.36mm）。机制砂（2.36-0mm）、填料采用泾阳产石灰岩加工。矿料的技术性质试验结果见附表4。
2.2 矿料配合比例设计
2.2.1 初试级配。在规范规定的SMA-16级配范围内，通过比较试验，拟定了3个初试级配，见表2。
表2 初试级配
|
编号
|
各筛孔（mm）通过量（%）
|
||||||||||
|
19
|
16
|
13．2
|
9．5
|
4．75
|
2．36
|
1．18
|
0．6
|
0．3
|
0．15
|
0．075
|
|
|
1
|
100
|
93.25
|
78
|
58.7
|
30
|
21.5
|
17.2
|
15.2
|
13.2
|
12
|
9.9
|
|
2
|
100
|
92.5
|
75.5
|
54.3
|
28
|
21
|
17.1
|
15.1
|
13.2
|
12
|
9.9
|
|
3
|
100
|
93.1
|
77.5
|
57.6
|
26
|
18
|
14.6
|
13.4
|
12.2
|
11
|
9.4
|
2.2.2 分别测定VCADRC，并分别采用6.1％的油石比制作马歇尔试件，击实次数为双面各50次，拌和温度180℃，击实温度165℃，测定并计算各体积指标，结果见表3。
表3 各初试级配体积试验结果汇总
|
编号
|
VCADRC
|
γf
|
VCAmix
|
VMA
|
VV
|
|
1
|
38.7
|
2.442
|
34.9
|
15.9
|
2.9
|
|
2
|
39.4
|
2.425
|
33.6
|
16.6
|
3.6
|
|
3
|
38.7
|
2.413
|
31.3
|
17.0
|
4.2
|
2.2.3 按VCAmix＜VCADRC及VMA＞16.5%的规定，确定2号级配为设计级配。
3 油石比的确定
根据所选择的设计级配，改变油石比成型试件，按照规范要求测定各指标值，并确定最佳油石比。马歇尔稳定度试验温度为60℃，加载速度为50mm/min。不同油石比的马歇尔试验结果见表4，其中空隙率计算，试件密度采用毛体积相对密度，最大理论相对密度采用计算。
4 马歇尔试验结果汇总
|
油石比 （%）
|
5.8
|
6.1
|
6.4
|
|
毛体积相对密度
|
2.416
|
2.425
|
2.431
|
|
稳定度 （KN）
|
12.88
|
13.92
|
13.84
|
|
流值 （mm）
|
6.27
|
8.28
|
11.4
|
|
空隙率 （%）
|
4.4
|
3.62
|
2.99
|
|
矿料间隙率 （%）
|
16.64
|
16.60
|
16.66
|
|
粗集料骨架间隙率 （%）
|
33.89
|
33.65
|
33.48
|
按技术规范规定的确定最佳油石比的方法和步骤，最终确定的最佳油石比为6.15%，其混合料的矿料间隙率为16.61%，不小于规范规定值。
4 配合比检验
按确定的矿料配合比例及最佳油石比，进行混合料路用性能检验，试验结果汇总见表5，各项检验指标值均符合技术标准要求。
表5 配合比检验试验结果汇总
|
序号
|
项目名称
|
试验结果
|
规范值
|
|
|
1
|
动稳定度（次/mm）
|
11000
|
≥3000
|
|
|
2
|
水稳定性
|
残留稳定度（%）
|
93.8
|
≥80
|
|
3
|
冻融劈裂强度比（%）
|
86.5
|
≥80
|
|
|
4
|
谢伦布沥青析漏结合料损失（%）
|
0.045
|
≤0.1
|
|
|
5
|
肯塔堡飞散混合料损失 （%）
|
2.75
|
≤15
|
|
|
6
|
低温弯曲破坏应变（με）
|
|
≥2500
|
|
|
7
|
渗水性（mL/min）
|
基本不透水
|
≤80
|
|
附表1
SBS改性沥青技术性质试验结果
|
序号
|
技术指标
|
单位
|
试验值
|
规范值
|
|
|
1
|
针入度（25℃，100g,5s）
|
0.1mm
|
73
|
60~80
|
|
|
2
|
针入度指数PI
|
|
0.037
|
≥-0.4
|
|
|
3
|
延度（5℃，5cm/min）
|
cm
|
41.9
|
≥30
|
|
|
4
|
软化点（R＆B）
|
℃
|
76
|
≥55
|
|
|
5
|
运动粘度（135℃）
|
Pa·s
|
|
|
|
|
6
|
闪点
|
℃
|
260
|
≥230
|
|
|
7
|
溶解度
|
%
|
99.3
|
≥99
|
|
|
8
|
弹性恢复（25℃）
|
%
|
93
|
≥65
|
|
|
10
|
48h热贮存软化点差
|
℃
|
1.8
|
≤2.5
|
|
|
11
|
密度（15℃）
|
g/cm3
|
1.032
|
---
|
|
|
12
|
老化（163℃，5h）
|
质量变化
|
%
|
0.11
|
≤1.0
|
|
针入度比
|
%
|
86
|
≥60
|
||
|
延度（5℃）
|
cm
|
27.5
|
≥20
|
||
附表2
SK-90（基质）沥青技术性质试验结果汇总
|
序号
|
技术指标
|
单位
|
试验值
|
规范值
|
|
|
1
|
针入度（25℃，100g,5s）
|
0.1mm
|
87
|
80~100
|
|
|
2
|
针入度指数PI
|
|
|
|
|
|
3
|
软化点（R＆B）
|
℃
|
49
|
|
|
|
4
|
60℃动力粘度
|
Pa·s
|
|
|
|
|
5
|
10℃延度
|
cm
|
|
|
|
|
6
|
15℃延度
|
cm
|
|
|
|
|
7
|
含蜡量（蒸馏法）
|
%
|
|
|
|
|
8
|
闪点
|
℃
|
|
|
|
|
10
|
溶解度
|
%
|
|
|
|
|
11
|
密度（15℃）
|
g/cm3
|
|
|
|
|
12
|
老化（163℃，5h）
|
质量变化
|
%
|
|
|
|
针入度比
|
%
|
|
|
||
|
残留延度（10℃）
|
cm
|
|
|
||
|
残留延度（15℃）
|
cm
|
|
|
||
附表3
木质素纤维技术性质试验结果汇总
|
项目
|
单位
|
试验值
|
规范值
|
|
纤维长度
|
mm
|
|
|
|
灰分含量
|
%
|
|
|
|
PH值
|
-
|
7.9
|
7.5±1.0
|
|
吸油率
|
-
|
6.83
|
≥5.0
|
|
含水率
|
%
|
3.90
|
≤5.0
|
附表4
矿料技术性质试验结果汇总
|
序号
|
技术指标
|
单位
|
试验值
|
规范值
|
||
|
1
|
毛体积相对密度
|
A料
|
-
|
2.742
|
---
|
|
|
2
|
B料
|
-
|
2.739
|
---
|
||
|
3
|
C料
|
-
|
2.646
|
---
|
||
|
4
|
表观相对密度
|
D料
|
-
|
2.696
|
---
|
|
|
5
|
矿粉
|
-
|
2.71
|
---
|
||
|
6
|
压碎值
|
%
|
13.5
|
≤26
|
||
|
7
|
洛杉矶磨耗率
|
%
|
11.8
|
≤28
|
||
|
8
|
磨光值
|
|
48.6
|
≥38
|
||
|
9
|
吸水率
|
%
|
0.3
|
≤2.0
|
||
|
10
|
坚固性
|
%
|
|
≤12
|
||
|
11
12
|
针片状颗粒含量
|
大于90mm
|
%
|
6.3
|
≤12
|
|
|
小于90mm
|
%
|
4.8
|
≤18
|
|||
|
|
小于0.075mm颗粒含量（水洗法）
|
%
|
0.34
|
≤1
|
||
|
13
|
软石含量
|
%
|
1.6
|
≤3
|
||
|
14
|
与沥青的粘附性等级
|
-
|
5
|
≥4
|
||
|
15
|
矿粉亲水系数
|
-
|
0.71
|
<1
|
||
3 SMA路面与普通路面在施工工艺方面的区别
本文结合省内永咸高速公路施工采用的施工质量控制措施，谈谈如何对SMA沥青路面的进行有效的质量控制，使其发挥更大的商品价值。
SMA路面与普通路面的施工在施工工艺方面有很大区别：一是沥青拌合、摊铺等温度提高了10～15度；二是拌合时间加长，比原普通沥青混合料延长15秒；三是需要连续式碾压；四是取消胶轮碾压工艺，碾压遍数也由原来的10遍减为6遍；五是混合料粘度大、施工合易性差。
施工各环节均必须要精心组织。一是SMA上面层沥青混合料摊铺时，要求施工单位必须保证双班机驾人员，人停机不停，否则，如不及时碾压，沥青温度若低于130度，就达不到预期效果。二是对参建的工程技术人员和机械驾驶人员应进行专业培训，岗位固定，不得随意调换。第三要在施工前召开技术交底会议。这些措施的实施为SMA沥青路面铺筑打下良好的基础。
4 施工质量控制的难点
4.1 原材料的选择：母岩的各项技术指标均符合规范要求，料场生产的各档成品料必须符合规格级配要求，材料的粒形控制是个难点，特别是对粗集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性的要求很高。
4.2 设计适当的沥青混合料配合比的难点，在于保证其坚硬的矿物骨架和合适的沥青用量。实际操作过程当中应随时控制每日SMA混合料的沥青准确用量，及时了解掌握各项技术指标。
4.3 生产SMA采用的间歇式沥青拌和机，其额定生产能力为400t/h，实际生产能力为300-320t/h。在采用间歇式沥青拌和楼时，SMA与普通沥青混合料生产的主要区别在于：要特别注意木质素纤维的分散拌匀；SMA沥青混合料不应在贮料仓里储备时间过长，数量不宜过多；采用人工添加木质素纤维易产生由于人为因素而少加或多加的现象，从而影响SMA的使用品质，而采用机械添加木质素纤维时则应防止输送管道堵塞；对施工温度的掌握要求更为严格。
4.4 SMA的摊铺与普通沥青混凝土相同。由于使用了SBS改性沥青及纤维稳定剂，混合料的摊铺温度宜控制在160℃～180℃范围内，如温度低于140℃时混合料禁止使用；当路表温度低于5℃时，不宜摊铺改性沥青SMA；摊铺厚度应根据试验路的数据来确定；碾压应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。
4.5 做好过程控制，按照“事前控制、事中控制、事后控制”的原则，把SMA沥青路面建成一条基于环保、人文、高效、质量信得过的精品路面。
4.6 SMA路面平整度的控制
SMA具有较好的高温稳定性和低温抗裂性，充分利用这一特性，能保持较好抗滑能力和平整度、减少噪音、提高路面性能。SMA的特性决定了其施工与普通沥青混凝土相比具有特殊性，故应加强施工中每一环节的检测控制与管理，从其特性入手，对其特殊的施工工艺进行分析，影响路面平整的主要因素有：路基与下承层的施工质量；原材料及混合料的质量；施工工艺及机械配置；施工人员的素质与责任心。
从影响平整度的主要因素出发，SMA路面平整度控制的主要措施包括：
从影响平整度的主要因素出发，SMA路面平整度控制的主要措施包括：
4.6.1加强路基与路面下承层的施工质量控制。应确保路基填土的均匀性以及路基结构整体的密实度和强度；采取合适的涵、台背、墙背回填与软基处理方案并减少其过渡段的工后沉降差；采取相关措施，减少水对路基产生的病害，确保路基稳定。在承层施工中做好高程误差控制，下承层施工中一般采用ABG摊铺机全幅式摊铺，保证摊铺混合料性能的稳定性和控制摊铺速度的均匀性，并采用不同的找平方式，对不同下承层的摊铺进行控制，使下承层的平整度控制在较好的水平上。
4.6.2 原材料及混合料质量的控制。要严格原材料进场检验，提高施工中自检试验和抽检试验频率，以保证材料质量的稳定。混合料生产要严格把关，不合格混合料严禁使用。SMA混合料的过油料铺筑到路面上，应立即彻底铲除重铺。
4.6.2 原材料及混合料质量的控制。要严格原材料进场检验，提高施工中自检试验和抽检试验频率，以保证材料质量的稳定。混合料生产要严格把关，不合格混合料严禁使用。SMA混合料的过油料铺筑到路面上，应立即彻底铲除重铺。
4.6.3加强施工工艺和机械配置的控制，是保证改性沥青及SMA路面平整的关键。
摊铺：采用摊铺机全幅一次性摊铺，应做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，禁止随意变换速度或中途停顿。运料车与摊铺机恰到好处地配合。使用摊铺机浮动基准梁找平装置来消除局部不平整对控制厚度的影响。摊铺机刮料输送器通过闸门后供料和螺旋摊铺器向两侧布料，两者的工作速度要相匹配。同时提高摊铺过程中的预压密实度。
碾压：SMA路面最好采用刚性碾碾压，并在碾压过程中严格控制好碾压温度。按照“紧跟、慢压、高频、低幅”碾压八字方针进行碾压，这是与一般沥青混合料碾压方式最大的区别。碾压应均衡地沿纵向进行，压路机不允许在新铺混合料上转向、调头、左右移动位置、突然刹车或停机休息；其他机械不能在未冷却结硬的路面上停留；原则上所有机械，尤其是压路机从开始碾压进入角色后便不能停机，直至该段路面施工结束。注意各构造物的接头处以及匝道、港湾或紧急停车带等摊铺机和压路机难以正常操作的部位，要辅以小型机械或人工操作快速进行，保证其施工温度。
接缝处理：应尽量减少接缝，特别是纵向接缝。
机械配置：应当充分利用拌和设备自动化控制功能来保证混合料生产的连续性和混合料质量的稳定性；摊销机采用具有高精度自动找平的全幅式ABG摊铺机；压路机采用进口双驱双振压路机，采用先进的机械设备，实现科学合理的机械配置，是SMA路面施工连续作业与提高平整度的重要保证。所需的总运力（载重量×车量数）应根据拌和机实际作业时的拌和能力结合拌和厂至施工现场的运距来确定，杜绝施工中发生摊铺机等候运料车的现象。最后是要提高施工人员素质和责任心。
5 结束语
永咸高速SMA沥青路面施工，较好地实施了上述六个方面的质量控制措施，取得了理想的效果。SMA沥青路面在永咸高速的成功铺筑将为我省第一次全路段、大面积推广SMA沥青路面和经验总结起到积极的促进作用，具有十分重要的意义。改性沥青SMA因具有良好的实用性能可广泛应用于新建道路和旧路改造和维修中，根据实际国情出发，目前首先考虑使用于高速公路、城市快速路、主干道的抗滑表层以及桥面铺装特别是钢桥面铺装。相信在不久的将来，SMA将得到更加普遍的推广使用。伴随改性沥青在我国的进一步推广，SMA沥青路面技术必将在我国的道路建设中发挥重要作用。
陕西路桥集团
陕西交控集团
陕西交控市政路桥集团
